自上個世紀(jì)90年代開始,波導(dǎo)中的非線性頻率轉(zhuǎn)換受到重視,基于二階和三階非線性原理的頻率轉(zhuǎn)換已經(jīng)引發(fā)了大量的研究,這種頻率轉(zhuǎn)換在很多方面都有所應(yīng)用,例如全光網(wǎng)絡(luò)的波長轉(zhuǎn)換器、可調(diào)諧光頻梳、產(chǎn)生紅外光光源、全光頻率編碼二進(jìn)制加法器以及生成高純度糾纏態(tài)光子對等。本論文提出了一種通過增加模式間的空間重疊面積來提高波導(dǎo)頻率轉(zhuǎn)換效率的方法,設(shè)計了三種增加空間重疊面積的波導(dǎo)結(jié)構(gòu),并通過仿真對其進(jìn)行驗證。本論文首先從理論上分析了影響基于模間相位匹配波導(dǎo)頻率轉(zhuǎn)換效率的因素,得到了模式間的空間重疊面積對其的影響。相位匹配是實現(xiàn)波導(dǎo)頻率轉(zhuǎn)換的必要條件,本論文選擇模間相位匹配是因為它不要求波導(dǎo)材料具有雙折射的性質(zhì),且制造工藝難度遠(yuǎn)低于準(zhǔn)相位匹配,但它的缺點(diǎn)是模與模之間的空間重疊面積限制了頻率的轉(zhuǎn)換效率。于是分析了影響模式間空間重疊面積的因素,提出了通過改變晶體非線性系數(shù)來增加模式間空間重疊面積的方法,從而達(dá)到提高波導(dǎo)頻率轉(zhuǎn)換效率的目的�；谀ｉg相位匹配理論分析,本論文設(shè)計了三種改變晶體非線性系數(shù)的波導(dǎo),分別是反轉(zhuǎn)型、抑制型和鍍膜型波導(dǎo)。反轉(zhuǎn)型波導(dǎo)是通過反轉(zhuǎn)波導(dǎo)部分結(jié)構(gòu)使得該處晶體非線性系數(shù)符號發(fā)生變化的波導(dǎo),可以最大程度增加模間重疊面積。抑制型波導(dǎo)利用量子阱混合技術(shù)將波導(dǎo)部分結(jié)構(gòu)的晶體非線性系數(shù)進(jìn)行抑制,減小模間的電場抵消現(xiàn)象,從而增加模間重疊面積。鍍膜型波導(dǎo)將波導(dǎo)部分結(jié)構(gòu)利用鍍膜的方式更換成不具有非線性效應(yīng)的材料,將晶體非線性系數(shù)降為零,是抑制型波導(dǎo)的極限情況。最后,本論文利用Matlab軟件對反轉(zhuǎn)型、抑制型和鍍膜型波導(dǎo)進(jìn)行了仿真驗證,仿真結(jié)果顯示反轉(zhuǎn)型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在提高頻率轉(zhuǎn)換效率方面效果最好,其次是鍍膜型波導(dǎo)結(jié)構(gòu),這說明了增加模式間空間重疊面積的程度越大,波導(dǎo)中的頻率轉(zhuǎn)換效率提高程度越高,驗證了本文提出的提高波導(dǎo)頻率轉(zhuǎn)換效率的方法。利用本論文提出的方法可以大幅度提高基于模間相位匹配波導(dǎo)的頻率轉(zhuǎn)換效率,為制造基于模間相位匹配的波導(dǎo)提供了理論指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN252
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題的背景及研究目的與意義
    1.2 波導(dǎo)中頻率轉(zhuǎn)換的研究進(jìn)展
        1.2.1 波導(dǎo)中頻率轉(zhuǎn)換的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 波導(dǎo)頻率轉(zhuǎn)換研究綜述簡析
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 波導(dǎo)中頻率轉(zhuǎn)換理論
    2.1 波導(dǎo)中頻率轉(zhuǎn)換的基本理論
        2.1.1 頻率轉(zhuǎn)換中的非線性效應(yīng)
        2.1.2 波導(dǎo)中頻率轉(zhuǎn)換效率的理論分析
    2.2 波導(dǎo)中實現(xiàn)相位匹配的方法
        2.2.1 雙折射相位匹配
        2.2.2 準(zhǔn)相位匹配
        2.2.3 模間相位匹配
    2.3 提高波導(dǎo)頻率轉(zhuǎn)換的理論分析
    2.4 本章小結(jié)
第3章 基于非線性系數(shù)反轉(zhuǎn)波導(dǎo)設(shè)計
    3.1 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計
        3.1.1 基于模間相位匹配的波導(dǎo)設(shè)計
        3.1.2 反轉(zhuǎn)型波導(dǎo)設(shè)計
    3.2 波導(dǎo)中頻率轉(zhuǎn)換仿真及結(jié)果分析
        3.2.1 波導(dǎo)中頻率轉(zhuǎn)換仿真
        3.2.2 基于模間相位匹配的波導(dǎo)仿真結(jié)果
        3.2.3 反轉(zhuǎn)型波導(dǎo)仿真結(jié)果
        3.2.4 兩種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果分析
    3.3 反轉(zhuǎn)型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)制造的可行性分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 調(diào)制非線性系數(shù)的波導(dǎo)設(shè)計
    4.1 抑制型波導(dǎo)設(shè)計
        4.1.1 抑制型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計
        4.1.2 抑制型波導(dǎo)中頻率轉(zhuǎn)換仿真及結(jié)果分析
    4.2 鍍膜型波導(dǎo)設(shè)計
        4.2.1 鍍膜型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計
        4.2.2 鍍膜型波導(dǎo)中頻率轉(zhuǎn)換仿真及結(jié)果分析
    4.3 仿真結(jié)果分析
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝

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本文編號：2857647